新能源電力系統(tǒng)寬頻振蕩多發(fā)電機協(xié)同增強阻尼控制技術(shù)

1、2020年度提名河北省技術(shù)發(fā)明獎項目公示（四）一、項目名稱：新能源電力系統(tǒng)寬頻振蕩多發(fā)電機協(xié)同增強阻尼控制技術(shù)二、提名單位：國網(wǎng)河北省電力有限公司三、項目簡介西電東送是黨和國家推進(jìn)區(qū)域協(xié)同發(fā)展和實施大氣污染防治的戰(zhàn)略決策，送、受端電 網(wǎng)的穩(wěn)定運行對國家安全和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有重要意義。隨著隨機性新能源發(fā)電的規(guī)?；?入，電網(wǎng)運行方式更加復(fù)雜多變，送、受端電網(wǎng)寬頻段負(fù)、弱阻尼振蕩問題日益突出，導(dǎo)致 陜西、內(nèi)蒙送京津冀兩大通道輸電能力受限230萬千瓦，送端棄風(fēng)棄光與京津冀硬缺電并存。 為解決這一卡脖子難題，亟需突破以下瓶頸：火電與新能源振蕩模式、頻率和時間尺度均 不同，多類控制器交互作用，大電網(wǎng)多機

2、協(xié)同控制難。電力系統(tǒng)穩(wěn)定器（PSS）針對特定 方式設(shè)計，運行方式變化時則可能減弱阻尼并激發(fā)振蕩。新能源變流器電力電子快速響應(yīng)， 導(dǎo)致振蕩頻率時變，寬頻振蕩跟蹤控制難。為服務(wù)京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略，項目組歷時5年持續(xù)攻關(guān)，建立了源網(wǎng)協(xié)同數(shù)字仿真實 驗室，通過多時間尺度機電-電磁混合仿真研究，對現(xiàn)有事后單點治理型振蕩控制技術(shù)進(jìn)行 變革創(chuàng)新。發(fā)明了新能源電力系統(tǒng)寬頻振蕩的多機協(xié)同控制技術(shù)與火電、新能源發(fā)電的自適 應(yīng)增強阻尼控制技術(shù)，主要發(fā)明如下：發(fā)明了電力系統(tǒng)寬頻振蕩的多機協(xié)同控制技術(shù)。首次建立了火電機組軸系等機械量 與電氣量耦合的全參數(shù)統(tǒng)一阻抗模型；利用WAMS實測數(shù)據(jù)與解耦仿真分析，提出了基于聚 合

3、等值阻抗的振蕩模式在線辨識與穩(wěn)定評估方法，評估準(zhǔn)確率299.19%；針對負(fù)、弱阻尼模 式，采用分枝定界法在線求取低交互、高可控廣域控制環(huán)組合，實現(xiàn)了上層多機協(xié)同與底層 控制器分散設(shè)計的統(tǒng)一，攻克了大電網(wǎng)寬頻振蕩的多機協(xié)同控制難題。發(fā)明了多變方式下火電機組自適應(yīng)增強阻尼控制技術(shù)。建立了適應(yīng)新能源不確定性 的應(yīng)急電力系統(tǒng)穩(wěn)定器模型（E-PSS），基于電網(wǎng)實時運行方式，提出了基于概率特征根靈 敏度分析的E-PSS多機選址與參數(shù)在線優(yōu)化整定方法，突破了多變方式下多發(fā)電機阻尼難 以協(xié)調(diào)提升的瓶頸。發(fā)明了復(fù)雜工況下新能源發(fā)電自抗擾增強阻尼控制技術(shù)。提出了基于自抗擾技術(shù)的 新能源變流器及其送出系統(tǒng)附加阻尼控

4、制方法，利用改進(jìn)擴(kuò)張狀態(tài)觀測器實時估計并網(wǎng)點的振蕩擾動，動態(tài)反饋補償變流器與線路串補附加控制分量，自抗擾增強了新能源發(fā)電低頻與 次同步頻段阻尼，從源、網(wǎng)兩側(cè)協(xié)調(diào)解決了寬頻、時變振蕩跟蹤控制難題。項目授權(quán)發(fā)明專利10項，發(fā)表三高論文18篇。研制的E-PSS裝置獲全國電力職工技 術(shù)創(chuàng)新一等獎，風(fēng)電功率檢測能力通過中國計量認(rèn)證，省科技廳評價認(rèn)為本項目整體技術(shù)達(dá) 到國際先進(jìn)水平，并被河北日報等媒體報道。與其他技術(shù)相比，該成果實現(xiàn)了寬頻振蕩的事 后被動治理向全面主動支撐的根本轉(zhuǎn)變，推動了電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步。四、應(yīng)用情況及應(yīng)用效果該項目成果2017年8月開始陸續(xù)在河北南部電網(wǎng)整體技術(shù)應(yīng)用，通過

5、部署寬頻振蕩模 式辨識與穩(wěn)定裕度評估分析平臺，指導(dǎo)河北南部各火電和風(fēng)電發(fā)電單位開展多阻尼控制器的 協(xié)同設(shè)計，實現(xiàn)了送、受端電網(wǎng)多種電源、多機組控制器的阻尼解耦與分散設(shè)計，解決了多 機協(xié)同的振蕩控制難題。在此基礎(chǔ)上，指導(dǎo)國華陜西錦界電廠、華電裕華熱電等發(fā)電單位及 轄內(nèi)風(fēng)電機組進(jìn)行增強阻尼技術(shù)改造。成果應(yīng)用以來，通過基于現(xiàn)場實測參數(shù)的多時間尺度 數(shù)?；旌戏抡嬗嬎?、風(fēng)電功率控制能力并網(wǎng)檢測，驗證了該技術(shù)的有效性和先進(jìn)性，成功提 高河北南部電網(wǎng)遠(yuǎn)距離受電能力180萬千瓦，每年可多送清潔電能98億度，減少京津冀煤 耗321萬噸，減排SO2 24萬噸、NOX 12萬噸、粉塵218萬噸。緩解了京津冀用電緊張

6、與大 氣污染防治間的突出矛盾，促進(jìn)了京津冀協(xié)同發(fā)展。五、主要知識產(chǎn)權(quán)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等目錄序號知識產(chǎn)權(quán)類別知識產(chǎn)權(quán)具體名稱授權(quán)號1發(fā)明基于WAMS考慮相互作用的低 頻振蕩分散控制器設(shè)計方法ZL201410312389 .3馬燕峰，周一2發(fā)明一種適應(yīng)電網(wǎng)多運行方式的多 機PSS參數(shù)優(yōu)化整定方法ZL201711289607 .6胡文平，梁紀(jì)u 孟凡3發(fā)明一種基于自抗擾控制的雙饋風(fēng) 機抑制電網(wǎng)低頻振蕩的方法ZL201610029004 .1馬燕J八、4發(fā)明一種鑒別大干擾電網(wǎng)功角失穩(wěn) 原因的解耦仿真分析法ZL201510464182.2劉翔宇，胡文5發(fā)明一種風(fēng)電場次同步振蕩抑制方 法和系統(tǒng)ZL2016101

7、27088.2趙書強，張學(xué)4李忍，高本46發(fā)明考慮多運行方式動態(tài)穩(wěn)定需求 的PSS參數(shù)整定方法ZL201711294427.7劉翔宇，胡文:胡雪7發(fā)明一種大型風(fēng)電集群及其送出通 道的無功電壓綜合控制方法ZL201510857593.8梁紅8發(fā)明一種基于自抗擾控制的光伏電 站抑制電網(wǎng)低頻振蕩的方法ZL201611086086.X馬燕峰，蔣云俞人9三高論文基于狀態(tài)空間的阻抗分析法在 次同步振蕩中的應(yīng)用電力系統(tǒng)自動化趙書強，李忍10三高論文一種基于自抗擾控制的多機低 頻振蕩本地控制方法中國電機工程學(xué)報馬燕峰，周一J趙中六、主要完成人情況序 號主要 完成人職稱工作單位主要貢獻(xiàn)1梁紀(jì)峰高級工程師國網(wǎng)河北

8、省電力有限公司電力科學(xué)研究院牽頭負(fù)責(zé)項目整體研究和實施，對 創(chuàng)新點1、2、3均有突出貢獻(xiàn)2馬燕峰，副教授華北電力大學(xué)負(fù)責(zé)多機協(xié)同控制目標(biāo)下的多阻尼 控制器分散設(shè)計和風(fēng)電低頻振蕩抑 制技術(shù)研究。為發(fā)明點1、3做出重 要貢獻(xiàn)。3趙書強教授、博導(dǎo)華北電力大學(xué)負(fù)責(zé)新能源電力系統(tǒng)阻抗建模及風(fēng) 電次同步振蕩抑制技術(shù)研究。為發(fā) 明點1、3做出重要貢獻(xiàn)。4李曉明高級工程師國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院參與完成本項目技術(shù)研究，負(fù)責(zé)本 項目的機電-電磁混合的解耦仿真 分析方法研究。為發(fā)明點1和2做 出重要貢獻(xiàn)。5高本鋒副教授華北電力大學(xué)參與完成本項目技術(shù)研究，參與新 能源電力系統(tǒng)阻抗建模研究與雙饋 風(fēng)機次同

9、步振蕩的自抗擾控制技術(shù) 研究。為發(fā)明點1和3做出重要貢 獻(xiàn)。6劉翔宇高級工程師國網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)研究院參與完成本項目技術(shù)研究，負(fù)責(zé)新 型PSS模型研究及裝置的研發(fā)，提 出PSS參數(shù)優(yōu)化整定方法。為發(fā)明 點1和2做出重要貢獻(xiàn)。七、完成人合作關(guān)系說明及完成人合作關(guān)系情況匯總表項目完成人：梁紀(jì)峰，馬燕峰，趙書強，李曉明，高本鋒，劉翔宇。2014年1月至2020年6月，第一完成人梁紀(jì)峰（1）通過產(chǎn)業(yè)合作項目與完成人馬 燕峰（2）、趙書強（3）、李曉明（4）、高本鋒（5）、劉翔宇（6）等合作共同完成了新能 源電力系統(tǒng)寬頻振蕩多發(fā)電機協(xié)同增強阻尼控制技術(shù)項目，并通過了河北省科技成果轉(zhuǎn)化 服務(wù)中

10、心組織的，以IEEE Fellow西安交通大學(xué)張保會教授為組長的鑒定委員會的成果鑒 定，鑒定結(jié)論：該成果整體達(dá)到國際先進(jìn)水平，其中在面向多機協(xié)同控制的多控制器分散設(shè) 計方面達(dá)到國際領(lǐng)先水平。2014年1月至2019年9月，第一完成人梁紀(jì)峰（1）通過產(chǎn)業(yè)合作項目與完成人馬燕峰（2）、趙書強（3）、李曉明（4）、高本鋒（5）、劉翔宇（6）等合作共同完成了新能源電力系統(tǒng)寬頻帶振蕩抑制技術(shù)及應(yīng)用項目，并通過了河北省科技成果轉(zhuǎn)化服務(wù)中心組織 的，以西安交通大學(xué)肖國春教授為組長的鑒定委員會的成果鑒定，鑒定結(jié)論：該成果達(dá)到國 際先進(jìn)水平，其中在基于自抗擾的新能源發(fā)電有功-無功解耦附加阻尼控制方面達(dá)到國際領(lǐng)

11、先水平。2014年1月至2018年12月，第三完成人趙書強（3）通過科技項目合作與完成人 高本鋒（5）等共同完成了復(fù)雜擾動場景下風(fēng)電機組精細(xì)化建模及與電網(wǎng)協(xié)調(diào)控制技術(shù)研 究項目，項目已取得大量研究成果，包括授權(quán)了發(fā)明專利一種風(fēng)電場次同步振蕩抑制方 法和系統(tǒng)ZL201610127088.2，發(fā)表了高水平論文基于狀態(tài)空間的阻抗分析法在次同步振 蕩中的應(yīng)用和基于自抗擾控制的雙饋風(fēng)機次同步控制相互作用抑制策略研究。2014年1月至2017年12月，第二完成人馬燕峰（2）與第三成人趙書強（3）等人 共同開展技術(shù)研究，作為共同發(fā)明人申請并授權(quán)了發(fā)明專利基于WAMS考慮相互作用的低 頻振蕩分散控制器設(shè)計方法

12、ZL201410312389.3。2016年1月至2018年12月，第一完成人梁紀(jì)峰（1）與完成人李曉明（4）、劉翔 宇（6）等人共同完成了河北電力公司重點科技項目特高壓聯(lián)網(wǎng)背景下區(qū)域電網(wǎng)PSS適應(yīng) 性及優(yōu)化技術(shù)研究，項目通過了專家評審驗收，取得了大量研究成果，申請并授權(quán)了發(fā)明 專利一種適應(yīng)電網(wǎng)多運行方式的多機PSS參數(shù)優(yōu)化整定方法ZL201711289607.6。2014年1月至2018年12月，第四完成人李曉明（4）與第六完成人劉翔宇（6） 通過自選項目完成了大電網(wǎng)穩(wěn)定的仿真技術(shù)與PSS參數(shù)優(yōu)化技術(shù)研究，共同申請并授權(quán)了發(fā) 明專利考慮多運行方式動態(tài)穩(wěn)定需求的PSS參數(shù)整定方法ZL201711294427.7與一種 鑒別大干擾電網(wǎng)功角失穩(wěn)原因的解耦仿真分析方法ZL201510464182.2。完成人合作關(guān)系情況匯總表序號合作方式合作者合作時間合作成果證明材料1共同研究梁紀(jì)峰/1、趙書強/3、高本鋒/52013-2015復(fù)雜擾動場景下風(fēng)電機組 精細(xì)化建模及與電網(wǎng)協(xié)調(diào) 控制技術(shù)研究；科技項目合 同2共同研究梁紀(jì)峰/1、李曉明/4、劉翔宇/62013-2019一種適應(yīng)電網(wǎng)多運行方式 的多機PSS參數(shù)優(yōu)化整定 方法發(fā)明專利3產(chǎn)業(yè)合作梁紀(jì)峰/1、馬燕峰 /2、趙書強/3、李 曉明/4、高本鋒 /5、